二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及光催化技术领域，具体涉及一种二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂的制备方法。包括如下步骤：步骤一)将二氧化钛前驱体、氢氟酸和氧化石墨烯混合；步骤二)将步骤一)得到的混合液转移至水热反应釜，120～200℃下反应12～24h；步骤三)将步骤二)反应所得的产物经清洗后干燥获得二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂。还涉及由上述制备方法制得的二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂。本发明专利技术制备的原料普通易得，成本低廉，制备过程简单，绿色环保，使二氧化钛纳米片均匀分布于石墨烯表面。同时，获得了优良的光催化活性和循环使用性能，在环保领域有潜在的应用价值。

Titanium dioxide nanosheets / reduced graphene composite photocatalyst and preparation method thereof

The invention relates to the field of photocatalytic technology, in particular to a preparation method of titanium dioxide nanosheet/reduced graphene composite photocatalyst. It includes the following steps: step 1) mixing the precursor of titanium dioxide, hydrofluoric acid and graphene oxide; step 2) transferring the mixed liquid obtained in step 1 to the hydrothermal reactor for 12-24 hours at 120-200 C; step 3) drying the product obtained in step 2 to obtain titanium dioxide nanosheets/reduced graphene after cleaning. Composite photocatalyst. Titanium dioxide nanosheets / reduced graphene composite photocatalysts prepared by the above preparation method are also involved. The raw material prepared by the invention is common and easy to obtain, low cost, simple preparation process and environmental protection, so that the titanium dioxide nanosheets are evenly distributed on the surface of graphene. At the same time, excellent photocatalytic activity and recycling performance were obtained, which has potential application value in the field of environmental protection.

【技术实现步骤摘要】
二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂及其制备方法
本专利技术涉及光催化
，具体涉及一种二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂及其制备方法。
技术介绍
1972年，Fujishima等人发现了在光照条件下TiO2表面能发生水的氧化还原反应，开启了光催化反应研究的新篇章。TiO2由于其成本低廉、化学性质稳定、环境友好等优点，是目前研究最广泛的光催化剂之一，其对各种有机污染物都显示出光催化降解能力。自然界中的TiO2具有三种常见的晶型，锐钛矿、金红石和板钛矿，其中，锐钛矿型TiO2因具有高比例(101)晶面，在光催化降解有机污染物方面表现出优异的性能。但由于TiO2与吸附于其表面的有机污染物发生化学作用所需的时间大于光激发产生的电子-空穴对复合所需的时间，导致TiO2的光催化效率较低。因此，通过添加贵金属、半导体氧化物、碳纳米管、石墨烯等组分获得TiO2基复合光催化剂是提高光催化效率的有效途径之一。这些复合光催化剂具有不同的电子能级，使得电荷分离可以通过内部电场驱动力增强。石墨烯，因其比表面积大、电导率高、电荷载流子迁移能力强等优点，不仅有利于提高目标污染物在其表面的吸附能力，还可以促进复合材料中光生电子的传输，有效降低光生电子-空穴的复合效率,且能扩大复合材料对紫外光的吸收能力，提高其光催化性能，被广泛用于制备TiO2基复合光催化材料。氧化石墨烯(GO)由于易于合成，是制备各种石墨烯基光催化材料的主要前驱体之一。但GO中存在大量的含氧官能团如羟基和环氧化物，导致其电子性能大幅降低。因此，为了制备高效的基于石墨烯的TiO2光催化剂，需将GO还原为还原石墨烯(rGO)，以便获得优异的载流子迁移率。其中，水合肼和硼氢化钠可作为高效还原剂对GO进行还原，但本身毒性较强，反应后对环境会造成二次污染。醇用作还原剂其本身没有毒性，但还原性较弱，只能部分还原GO。目前，关于二氧化钛/还原石墨烯(TiO2/rGO)复合光催化剂的报道中TiO2主要以纳米颗粒为主。Qiu等(QiuB,ZhouY,MaY,etal.FacilesynthesisoftheTi3+self-dopedTiO2-graphenenanosheetcompositeswithenhancedphotocatalysis.Scientificreports,2015,5:8591-8596)采用真空活化法，将制得的GO和商售P25(TiO2纳米粒子)混合，在真空条件下于300℃反应3h，使GO还原为rGO从而获得TiO2/rGO复合材料。该方法条件苛刻，需在真空下完成。Wang等(WangP,WangJ,WangX,etal.One-stepsynthesisofeasy-recyclingTiO2-rGOnanocompositephotocatalystswithenhancedphotocatalyticactivity.AppliedCatalysisB:Environmental,2013,132:452-459)将GO和商售P25混合在水热条件下反应后获得TiO2/rGO复合材料。该方法采用水热法研究P25颗粒与rGO之间的相互作用和光催化性能，未经修饰的P25纳米粒子在复合材料中团聚明显。因此，开发TiO2基石墨烯复合光催化材料的绿色和简易合成方法仍然是一个巨大的挑战。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题，在于提供一种简单且有效的二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂及其制备方法，使二氧化钛纳米片均匀分布于石墨烯表面，具有比纯二氧化钛纳米片更高效的光催化活性。本专利技术是这样实现的：本专利技术首先提供了一种二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：步骤一)将二氧化钛前驱体、氢氟酸和氧化石墨烯混合均匀；步骤二)将步骤一)得到的混合液转移至水热反应釜，120～200℃下反应12～24h；步骤三)将步骤二)反应所得的产物经清洗后干燥获得二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂。进一步的改进，所述二氧化钛前驱体为钛盐。更优选地，所述钛盐包括钛酸四丁酯、四氯化钛或异丙醇钛。进一步的改进，氧化石墨烯的添加量为0～6wt％。氧化石墨烯的质量百分比是以得到的二氧化钛纳米片的质量为基准。优选地，氧化石墨烯的添加量为1～6wt％。进一步的改进，步骤一)中所述二氧化钛前驱体和氢氟酸的体积比为9～5：1。进一步的改进，步骤三)所述清洗，用去离子水、丙酮和无水乙醇分别清洗2～3次，更优选地，所述清洗是用高速离心机反复离心清洗。进一步的改进，步骤三)所述干燥是在真空40～80℃下干燥6～24h。本专利技术通过将氧化石墨烯与二氧化钛前驱体混合，然后采用水热法一步合成二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂。本专利技术采用的原料氧化石墨烯为市售产品，可以是粉末状、片状或者溶液状的。本专利技术还提供了由所述制备方法制得的二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂，氧化石墨烯还原完全，二氧化钛纳米片分散性良好。在光催化降解有机污染物方面表现出优异的性能，可用于处理的有机污染物包括：甲基橙、亚甲基蓝、苯酚、罗丹明B等。本专利技术具有如下优点：本专利技术制备的原料普通易得，成本低廉，制备过程简单，绿色环保。在复合物形成过程中，二氧化钛纳米片原位生长并均匀分散于石墨烯片表面，两者间由于结构相似，片与片之间存在较强的作用力，避免了二氧化钛纳米片因尺寸效应带来的团聚，也有效防止了石墨烯片层的重堆积。同时，获得了优良的光催化活性和循环使用性能，在环保领域有潜在的应用价值。附图说明下面参照附图结合实施例对本专利技术作进一步的说明。图1为光催化剂的TEM和HRTEM图。其中a：TiO2纳米片；b：氧化石墨烯；c：TiO2/rGO-1％；d：高分辨下的TiO2/rGO-1％。图2为氧化石墨烯及不同石墨烯添加量(0-6％)复合光催化剂的XRD图。其中a：氧化石墨烯；b：TiO2纳米片；c：TiO2/rGO-1％；d：TiO2/rGO-3％；e：TiO2/rGO-6％。图3为氧化石墨烯及复合光催化剂的XPS图。其中a：氧化石墨烯；b:TiO2/rGO-1％。图4为不同循环次数下光催化剂的紫外光催化降解甲基橙溶液的时间-降解率关系图；图4a：TiO2纳米片；图4b：TiO2/rGO-1％；图4c：TiO2/rGO-3％；图4d：TiO2/rGO-6％。图5为不同石墨烯添加量的复合光催化剂四次降解循环效率图。具体实施方式实施例1将12.5mL钛酸四丁酯和1.5mL氢氟酸混合均匀，转移至100mL聚四氟乙烯水热反应釜中，在180℃下恒温24h。待反应完成后冷却至室温。将产物用高速离心机在10000rpm的转速下离心10min，分别用去离子水、丙酮和无水乙醇清洗，真空60℃下干燥24h，得到二氧化钛纳米片光催化剂(TiO2)。实施例2-4其他步骤不变，在混合阶段添加氧化石墨烯的质量百分含量分别为1％、3％、6％，得到的二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂分别标记为TiO2/rGO-1％、TiO2/rGO-3％、TiO2/rGO-6％。实施例5二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂应用于甲基橙的光催化降解，并与纯锐钛矿相二氧化钛纳米片进行光催化性能比较。具体步骤如下：将30mg复合光催化剂分散于100mL本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一)将二氧化钛前驱体、氢氟酸和氧化石墨烯混合均匀；步骤二)将步骤一)得到的混合液转移至水热反应釜，120～200℃下反应12～24h；步骤三)将步骤二)反应所得的产物经清洗后干燥获得二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一)将二氧化钛前驱体、氢氟酸和氧化石墨烯混合均匀；步骤二)将步骤一)得到的混合液转移至水热反应釜，120～200℃下反应12～24h；步骤三)将步骤二)反应所得的产物经清洗后干燥获得二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂。2.根据权利要求1所述的二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述二氧化钛前驱体为钛盐。3.根据权利要求2所述的二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述钛盐包括钛酸四丁酯、四氯化钛或异丙醇钛。4.根据权利要求1所述的二氧化钛纳米片/还原石墨烯复合光催化剂的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶晓云，王昭鹏，李巍，林燕，王乾廷，陈文哲，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：福建,35